CN109073502B - 光学特性测定装置 - Google Patents

Abstract

光学特性测定装置具备成像光学系统、光阑部、影像传感器、运算部。上述成像光学系统在能够从虚像显示装置的射出光瞳的位置观察到的虚像由上述虚像显示装置显示的状态下，使由通过上述射出光瞳的位置的光构成的上述虚像在规定的位置成像。上述光阑部配置于上述规定的位置，具有使构成在上述规定的位置成像的上述虚像的一部分的光通过的开口。上述影像传感器接受通过上述开口而扩散的、构成上述一部分的光。上述运算部利用从上述影像传感器输出的信号来运算上述射出光瞳上的各位置的光学特性。

Description

光学特性测定装置

技术领域

本发明涉及对虚像显示装置的射出光瞳的光学特性进行测定的技术。

背景技术

虚像投影方式的头戴式显示器是虚像显示装置的一个例子，针对头戴式显示器的图像显示部(例如液晶显示器)所显示的图像，则显示该图像的虚像。在头戴式显示器显示虚像的状态下，若使人的瞳孔位于头戴式显示器的射出光瞳的位置，则人能够看到虚像。

例如日本专利文献1和日本专利文献2公开了能够对如上述液晶显示器那样的图像显示装置的光学特性(例如亮度、色度)进行测定的装置。日本专利文献1中公开了使测定对象的像在二维传感器上成像，并能够通过二维的形式来测定测定对象的亮度和色度等的光学特性测定装置。

日本专利文献2公开了具备孔眼反射镜、使测定对象的像在孔眼反射镜上成像的物镜、使用被孔眼反射镜反射的光来显示测定对象的像的取景器系统、以及接受通过孔眼反射镜的光的受光元件的亮度计。该亮度计中，测定对象的像在孔眼反射镜上成像，而不在受光元件上成像。

头戴式显示器的射出光瞳上的亮度和色度在理想的状态下应是均匀的。然而，虚像投影方式的头戴式显示器具备的光学系统复杂化，其结果是，射出光瞳上的亮度和色度变得不均匀。

人的瞳孔大小根据周围的明亮程度而变化。周围亮时瞳孔变小，周围暗时瞳孔变大。瞳孔大小变化的范围一般是直径2mm～7mm的范围。头戴式显示器的射出光瞳通常比人的瞳孔大。因此，在射出光瞳上的亮度和色度不均匀的情况下，当光瞳的位置移动时，虚像的亮度和色度看起来不同。因此，需要能够测定头戴式显示器的射出光瞳上的各位置的亮度和色度的装置。

日本专利文献1：国际公开第2015/182571号

日本专利文献2：日本特开昭63-259425号公报

发明内容

本发明的目的是提供一种能够测定虚像显示装置的射出光瞳上的各位置的光学特性的光学特性测定装置。

达成上述目的本发明的光学特性测定装置具备成像光学系统、光阑部、影像传感器、以及运算部。上述成像光学系统在能够从虚像显示装置的射出光瞳的位置观察的虚像由上述虚像显示装置显示的状态下，使由通过上述射出光瞳的位置的光构成的上述虚像在规定的位置成像。上述光阑部配置于上述规定的位置，具有使构成在上述规定的位置成像的上述虚像的一部分的光通过的开口。上述影像传感器接受通过上述开口扩散的构成上述一部分的光。上述运算部使用从上述影像传感器输出的信号，运算上述射出光瞳上的各位置的光学特性。

本发明的上述以及其它的目的、特征以及优点通过以下的详细记载和附图而变得清楚。

附图说明

图1是表示人正在看虚像投影方式的头戴式显示器(HMD)显示的虚像的状态的示意图。

图2是表示第一～第五实施方式的光学特性测定装置的结构的框图。

图3是表示第一实施方式的光学特性测定装置具备的受光部的结构的框图。

图4是从光轴的方向观察的射出光瞳的俯视图。

图5是第一实施方式中说明光La的进路的说明图。

图6是第一实施方式中说明光Lb的进路的说明图。

图7是第一实施方式中说明光Lc的进路的说明图。

图8是从光轴的方向观察的射出光瞳以及在射出光瞳的位置从光轴的方向观察的光La、光Lb以及光Lc的俯视图。

图9是说明光学特性测定装置能够测定的射出光瞳的最大直径的说明图。

图10是说明在具有20mm的直径的射出光瞳的测定中的焦距L2、距离L3等的关系的说明图。

图11是说明针对构成在图像显示部上显示的图像的周边部分的光而测定射出光瞳上的各位置的亮度的方法的说明图。

图12是表示第二实施方式的光学特性测定装置所具备的受光部的结构的框图。

图13是说明在第二实施方式中使第二光阑部和二维影像传感器移动到光La能够通过开口的位置时的光La的进路的说明图。

图14是说明在第二实施方式中使第二光阑部和二维影像传感器移动到光Lc能够通过开口的位置时的光Lc的进路的说明图。

图15是表示第三实施方式的光学特性测定装置所具备的受光部的结构的框图。

图16是说明在第三实施方式中的光La的进路的说明图。

图17是表示第四实施方式的光学特性测定装置所具备的受光部的结构的框图。

图18是说明在第四实施方式中的光Lb和光Lc的进路的说明图。

图19是说明在第四实施方式中的光La的进路的说明图。

图20是表示在射出光瞳上的各位置的亮度和色度的测定模式中第五实施方式的光学特性测定装置所具备的受光部的结构的框图。

图21是说明在射出光瞳上的各位置的亮度和色度的测定模式中的光La的进路的说明图。

图22是表示在测定图像显示部上显示的图像上的各位置的亮度和色度的模式中第五实施方式的光学特性测定装置所具备的受光部的结构的框图。

图23是说明在测定图像显示部上显示的图像上的各位置的亮度和色度的模式中的光La、Lb、Lc的进路的说明图。

具体实施方式

以下，结合附图详细说明本发明的实施方式。在各图中，标注同一附图标记的结构表示是相同的结构，对于该结构已经说明的内容则省略其说明。

本发明的实施方式具有第一实施方式～第五实施方式。由上述实施方式测定的对象是虚像显示装置。作为虚像显示装置，例如有虚像投影方式的头戴式显示器、虚像式的光学取景器。这里以前者为例来进行说明。图1表示是人正在看由虚像投影方式的头戴式显示器(以下记为HMD)20显示的虚像VI的状态的示意图。

HMD20具备图像显示部21和光学系统22。图像显示部21例如是液晶显示器。在构成显示于图像显示部21的图像的光中示出了光La、光Lb、光Lc。光La、光Lb、光Lc都是构成图像的一部分的光。因此，光La、光Lb、光Lc成为构成虚像VI的一部分的光。

在将一部分表现为斑点的情况下，光La是构成位于在图像显示部21显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的中心的位置的斑点的光。光Lb是构成在图像显示部21显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的周边部分的斑点中的、位于图像(虚像VI)的中心的上侧的斑点的光。光Lc是构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的周边部分的斑点中的、位于图像(虚像VI)的中心的下侧的斑点的光。

光学系统22生成在图像显示部21显示的图像的虚像VI。图1中，作为光学系统22，示出了一面透镜，但光学系统22也可以由未图示的多个光学部件(光阑、透镜等)构成。HMD20的射出光瞳23是由位于比上述光阑靠像侧的位置(换言之，位于比光阑靠后方的位置)的透镜形成的光阑的像。若在HMD20显示出虚像VI的状态下，使人的瞳孔位于射出光瞳23的位置，则人能够看见虚像VI。

图2是表示第一实施方式的光学特性测定装置101的结构的框图。图2也是表示第二～第五实施方式的光学特性测定装置102～105的结构的框图。第一实施方式的光学特性测定装置101具备受光部1、控制运算部3、输入部5以及输出部7。

从受光部1开始说明。图3是表示第一实施方式的光学特性测定装置101所具备的受光部1的结构的框图。光学特性测定装置101是测定亮度的装置，具备沿光轴Ax依次配置的第一光阑部10、物镜11、可视度滤光器12、第二光阑部13以及二维影像传感器14。

图3中，与图1相同，图示了构成在HMD20的图像显示部21上显示的图像的光中的光La、光Lb、光Lc。构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的光通过HMD20的射出光瞳23，从第一光阑部10向光学特性测定装置101入射。在第一光阑部10与虚像VI的距离L1为无限(∞)的情况下，通过射出光瞳23的位置的光成为平行光。实际上，距离L1为有限的情况很多，通过射出光瞳23的位置的光成为发散光。图4是从光轴Ax的方向观察的射出光瞳23的俯视图。射出光瞳23在从光轴Ax的方向观察的时具有圆形的形状(轴对称光学系统的情况)。

参照图3，第一光阑部10具有使向光学特性测定装置101入射的光通过的开口10a。第一光阑部10具有限制向光学特性测定装置101入射的光的功能。

物镜11是成像光学系统的一个例子，在由HMD20显示出虚像VI的状态下，使由通过射出光瞳23的位置的光构成的虚像VI在规定的位置成像。规定的位置与物镜11的距离成为物镜11的焦距L2。

可视度滤光器12配置于物镜11与第二光阑部13之间的光路，供从物镜11朝向第二光阑部13的光通过。可视度滤光器12是颜色滤光器的一种，是配合人的可视度来修正二维影像传感器14的灵敏度的滤光器。可视度滤光器12配置的位置不限定于物镜11与第二光阑部13之间，也可以配置于第一光阑部10与二维影像传感器14之间的光路。

第二光阑部13作为物镜11的视场光阑而发挥功能。第二光阑部13配置于上述规定的位置。因此，第二光阑部13与物镜11之间的距离成为焦距L2。在由HMD20显示出虚像VI的状态时，物镜11使由通过射出光瞳23的位置的光构成的虚像VI在第二光阑部13上成像。换言之，构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的光通过射出光瞳23的位置，在第二光阑部13的位置成像。第二光阑部13具有使构成虚像VI的一部分的光通过的开口13a。图3示出了构成虚像VI的一部分的光为光La的情况。

二维影像传感器14是影像传感器的一个例子，配置于从第二光阑部13离开规定的距离L3的位置。构成虚像VI的一部分的光通过开口13a后成为发散光，由二维影像传感器14接受。这样，二维影像传感器14接受通过开口13a而扩散的、构成虚像VI的一部分的光。扩散的光并不局限于发散光，也可以是平行光。二维影像传感器14例如是CCD(Charge CoupledDevice)或者CMOS(Complementary MOS)，是以二维区域为测定范围的光学传感器。

参照图2，控制运算部3是由CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random AccessMemory)以及ROM(Read Only Memory)等实现的微机，执行光学特性测定装置101的动作所需的控制以及各种运算(例如亮度的运算)。

输入部5是用于从外部向光学特性测定装置101输入指令(命令)、数据等的装置，由键盘实现。此外，也可以将触摸面板作为输入部5。输出部7是用于对从输入部5输入的指令、数据以及控制运算部3的运算结果等进行输出的装置，由显示器实现。此外，也可以将打印机等印刷装置作为输出部7。

说明图3所示的光La、光Lb、光Lc的进路。图5是说明光La的进路的说明图。图6是说明光Lb的进路的说明图。图7是说明光Lc的进路的说明图。上述图中，位于光的进路的一部分的光学部件(例如图3所示的物镜11)省略了图示。光La、光Lb、光Lc在射出光瞳23的位置是平行光，在第二光阑部13的位置集于一点。光Lb和光Lc被第二光阑部13遮挡了进路，但光La通过开口13a，在二维影像传感器14的位置成为发散光。射出光瞳23的中心设为位置P1。规定射出光瞳23的直径的两点设为位置P2和位置P3。

图8是在光轴Ax的方向观察的射出光瞳23、以及在射出光瞳23的位置从光轴Ax的方向观察的光La、光Lb以及光Lc的俯视图。射出光瞳23、光La、光Lb以及光Lc在从光轴Ax的方向观察时，在理想的光学系统的情况下，具有面积相同的圆形形状，且相互重叠(实际上也有非圆形的情况或不重叠的情况)。

参照图5和图8，光La在二维影像传感器14的位置为发散光，该发散光被二维影像传感器14接受。该发散光的亮度分布与射出光瞳23的亮度分布对应。例如，射出光瞳23上的位置P1与二维影像传感器14上的位置p1对应，射出光瞳23上的位置P2与二维影像传感器14上的位置p2对应，射出光瞳23上的位置P3与二维影像传感器14上的位置p3对应。因此，图2所示的控制运算部3使用二维影像传感器14的位置p1处的受光信号运算的亮度表示位置P1的亮度，使用位置p2处的受光信号运算的亮度表示位置P2的亮度，使用位置p3处的受光信号运算的亮度表示位置P3的亮度。

控制运算部3是运算部的一个例子，在二维影像传感器14在接受光La时，使用从二维影像传感器14输出的受光信号，运算射出光瞳23上的各位置的亮度。输出部7输出该运算的结果。

如以上说明那样，参照图3，构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的光通过射出光瞳23的位置，在第二光阑部13的位置成像。构成在该位置成像的虚像VI的一部分的光(这里为光La)是在射出光瞳23的位置具有规定的范围的平行光。该平行光是从射出光瞳23的正面观察时分布于射出光瞳23的整体的光(图8)。构成上述一部分的光是在二维影像传感器14的位置扩散的光。本发明者发现若使用从接受该光的二维影像传感器14输出的受光信号，则在HMD20显示虚像VI的状态下，能够求出射出光瞳23上的各位置(并非虚像VI上的各位置)的光学特性。第一实施方式为光学特性是亮度的情况。这样，根据第一实施方式的光学特性测定装置101，能够测定HMD20的射出光瞳23上的各位置的亮度。

根据射出光瞳23上的各位置的亮度，得到射出光瞳23上的亮度分布。第一实施方式的光学特性测定装置101使用二维影像传感器14作为影像传感器，所以射出光瞳23上的亮度分布为二维的亮度分布。也可以代替二维影像传感器14而使用线传感器。在使用线传感器的情况下，测定范围为一维，所以射出光瞳23上的各位置的亮度不是二维而是以一维来进行测定。因此，射出光瞳23上的亮度分布成为一维的亮度分布。

说明光学特性测定装置101能够测定的射出光瞳23的最大直径。图9是对其说明的说明图。图9在图5中追加了附图标记P4等。第一光阑部10与虚像VI之间的距离L1(图3)为无限时，对于具有与第一光阑部10所具有的开口10a的直径大致相同的直径的射出光瞳23，光学特性测定装置101能够测定射出光瞳23上的各位置的亮度。与开口10a的直径大致相同的直径是由位置P4和位置P5规定的射出光瞳23的直径。

位置P4与二维影像传感器14上的位置p4对应，位置P5与二维影像传感器14上的位置p5对应。因此，图2所示的控制运算部3使用二维影像传感器14的位置p4处的受光信号运算的亮度表示位置P4的亮度，使用位置p5处的受光信号运算的亮度表示位置P5的亮度。

距离L1为有限时(例如1～2m)，光学特性测定装置101能够针对具有比开口10a的直径稍小的直径的射出光瞳23而测定射出光瞳23上的各位置的亮度。

说明光学特性测定装置101能够测定的射出光瞳23的最大直径的具体值。一般的HMD20的射出光瞳23的直径为2mm～15mm。因此，光学特性测定装置101能够测定的射出光瞳23的最大直径希望为20mm左右。为了实现这一点，说明焦距L2、距离L3以及二维影像传感器14的尺寸。图10是对其进行说明的说明图。将以光轴Ax为基准的射出光瞳23的高度设为H，将以二维影像传感器14的中心为基准的二维影像传感器14上的距离设为D。对于焦距L2、距离L3、高度H以及距离D而言，以下的式1成立。

[数学式1]

射出光瞳23的最大直径为20mm时，高度H为10mm。在焦距L2为50mm，距离L3为9mm的情况下，距离D为1.8mm。因此，若使用具有1/3英寸以上的尺寸的二维影像传感器14，则能够测定的射出光瞳23的最大直径可达20mm。1/3英寸的尺寸是指宽度4.8mm×高度3.6mm。

参照图10，说明光学特性测定装置101的测定角。在将测定角设为θ，将第二光阑部13所具有的开口13a的直径设为d的情况下，测定角θ用以下的式2表示。

[数学式2]

若测定角θ变小，则二维影像传感器14接受的发散光的亮度分布更明确，所以更明确地表示射出光瞳23的亮度分布。然而，若测定角θ变小，则二维影像传感器14接受的发散光的光量变小。因此，需要考虑这些来设定测定角θ。

对聚焦进行说明。参照图3，测定者为了使由通过射出光瞳23的位置的光构成的虚像VI在第二光阑部13上成像，则设定物镜11的位置(聚焦)。光学特性测定装置101不具备测定者能够确认虚像VI的位置的取景器。因此，测定者考虑第一光阑部10与虚像VI之间的距离L1，从而设定物镜11的位置。

对开口光阑进行说明。参照图3，光学特性测定装置101中，第一光阑部10的开口10a不作为开口光阑(物镜11的开口光阑)而发挥功能。构成二维影像传感器14的各像素的受光区域作为开口光阑而发挥功能。因此，为了聚焦，即使改变物镜11的位置，向构成二维影像传感器14的各像素入射的光的光量也不变化。

图3中，针对构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的中心部的光La，测定射出光瞳23上的各位置的亮度。说明针对构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的周边部分的光而测定HMD20的射出光瞳23上的各位置的亮度的方法。图11是说明该方法的说明图。使光学特性测定装置101的受光部1稍微倾斜来配置。测定者使受光部1或者HMD20旋转，由此能够针对构成上述周边部分的光而测定HMD20的射出光瞳23上的各位置的亮度。图11中，光La、光Lb以及光Lc中的光Lc通过开口13a扩散而成为发散光，被二维影像传感器14接受。

说明第二实施方式。如上所述，第一实施方式中，测定者使受光部1或者HMD20旋转，由此针对构成上述周边部分的光，测定射出光瞳23上的各位置的亮度。第二实施方式中，使第二光阑部13和二维影像传感器14的位置移动，针对构成上述周边部分的光，测定HMD20的射出光瞳23上的各位置的亮度。

图12是表示第二实施方式的光学特性测定装置102所具备的受光部1的结构的框图。说明与图3所示的第一实施方式的光学特性测定装置101的不同点。将规定垂直于光轴Ax的方向的面的轴设为x轴和y轴。受光部1具备使第二光阑部13和二维影像传感器14移动的移动部15。

移动部15使第二光阑部13移动至如下位置，即：使构成与在第二光阑部13的位置(规定的位置)成像的虚像VI的一部分不同的其它部分的光(例如光Lc)能够通过开口13a的位置。

详细说明移动部15。移动部15具备保持板150、步进电机M1以及步进电机M2。保持板150保持第二光阑部13和二维影像传感器14。步进电机M1生成使保持板150沿x轴方向移动的动力。通过步进电机M1旋转，保持板150沿x轴方向移动。步进电机M2生成使保持板150沿y轴方向移动的动力。通过步进电机M2旋转，保持板150沿y轴方向移动。

利用移动部15，能够使第二光阑部13和二维影像传感器14的位置移动。由此，能够选择构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的光中的通过开口13a的光。图13是说明在使第二光阑部13和二维影像传感器14移动到光La能够通过开口13a的位置时的光La的进路的说明图。图14是说明使第二光阑部13和二维影像传感器14移动至光Lc能够通过开口13a的位置时的光Lc的进路的说明图。图13和图14中，位于光的进路的一部分的光学部件(例如图12所示的物镜11)省略了图示。如图13所示，构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的光中的光La通过开口13a而扩散，被二维影像传感器14接受。如图14所示，构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的光中的光Lc通过开口13a而扩散，被二维影像传感器14接受。

如以上说明那样，根据第二实施方式，能够使第二光阑部13移动至使构成虚像VI的其它部分的光(例如光Lc)能够通过开口13a的位置。因此，能够针对构成虚像VI的一部分的光(例如构成虚像VI的中心部分的光La)而测定射出光瞳23上的各位置的亮度，或针对构成虚像VI的其它部分的光(例如构成虚像的周边部分的光Lc)而测定射出光瞳23上的各位置的亮度。

移动部15利用步进电机M1和步进电机M2，使第二光阑部13和二维影像传感器14自动地移动。也可以是代替移动部15，而是通过手动使第二光阑部13和二维影像传感器14移动的方式。

若二维影像传感器14的尺寸大，则也可以不使二维影像传感器14移动，而采用仅使第二光阑部13移动的方式。

图12所示的第二实施方式的光学特性测定装置102中，物镜11的前侧焦点位置位于开口10a的位置。由此，在使HMD20的射出光瞳23位于开口10a时，成为像侧远心的光学系统(这在之后说明的第三实施方式～第五实施方式中也相同)。因此，针对构成在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的周边部分的光，上述式1也成立。因此，在针对构成上述周边部分的光而测定射出光瞳23上的各位置的亮度的情况下，也能够使二维影像传感器14上的位置与射出光瞳23上的位置对应。

说明第三实施方式。图15是表示第三实施方式的光学特性测定装置103所具备的受光部1的结构的框图。第三实施方式的光学特性测定装置103是能够测定亮度和色度的测色计，具备可供测定者观察虚像VI的光学取景器(观察光学系统18a)。说明与图3所示的第一实施方式的光学特性测定装置101的不同点。

参照图15，物镜11的前侧焦点位置位于开口10a的位置。这与图12所示的第二实施方式的光学特性测定装置102相同的。

第三实施方式的光学特性测定装置103中，第二光阑部13为孔眼反射镜，包含位于开口13a的周围并反射光的反射镜部13b。反射镜部13b将构成在第二光阑部13的位置(规定的位置)成像的虚像VI的光中通过开口13a的光以外的光反射。换言之，反射镜部13b将构成在第二光阑部13的位置成像的虚像VI的一部分以外的剩余的部分的光反射。第二光阑部13以相对于光轴Ax倾斜45度的方式配置。

光学特性测定装置103的受光部1不具备图3所示的可视度滤光器12和二维影像传感器14，而是具备中继透镜16、反射镜17a、反射镜17b、X滤光器121、Y滤光器122、Z滤光器123、二维影像传感器141、142、143。

在通过开口13a的光的光路上按顺序依次配置有中继透镜16、反射镜17a、反射镜17b。中继透镜16使通过开口13a的光成为平行光或者发散光并将其向反射镜17a引导。

反射镜17a和反射镜17b以相对于光轴Ax倾斜45度的方式配置。反射镜17a是反射率为33％、透射率为66％的反射镜。反射镜17b是反射率为50％、透射率为50％的反射镜。在被反射镜17a反射的光的光路上按顺序依次配置有X滤光器121和二维影像传感器141。被反射镜17a反射的光通过X滤光器121，被二维影像传感器141接受。

透过反射镜17a的光在反射镜17b中，一半被反射，一半透过。在被反射镜17b反射的光的光路上按顺序依次配置有Y滤光器122和二维影像传感器142。被反射镜17b反射的光通过Y滤光器122，被二维影像传感器142接受。

在透过反射镜17b的光的光路上按顺序依次配置有Z滤光器123和二维影像传感器143。透过反射镜17b的光通过Z滤光器123，被二维影像传感器143接受。

构成在第二光阑部13的位置成像的虚像VI的光中，通过开口13a的光与图3所示的第一实施方式相同，示出了光La。图16是说明第三实施方式中的光La的进路的说明图。图16中，位于光的进路的一部分的光学部件(例如图15所示的物镜11)的图示省略。

光La通过开口13a后扩散，经由中继透镜16(图15)而成为平行光，被向二维影像传感器141、142、143的位置引导。平行光被二维影像传感器141、142、143接受。二维影像传感器141通过X滤光器121(图15)接受上述平行光，所以输出表示XYZ色度系统的X的受光信号。二维影像传感器142通过Y滤光器122(图15)接受上述平行光，所以输出表示XYZ色度系统的Y的受光信号。二维影像传感器143通过Z滤光器123(图15)接受上述平行光，所以输出表示XYZ色度系统的Z的受光信号。

例如射出光瞳23上的位置P1与二维影像传感器141、142、143上的位置p1对应，射出光瞳23上的位置P2与二维影像传感器141、142、143上的位置p2对应，射出光瞳23上的位置P3与二维影像传感器141、142、143上的位置p3对应。因此，图2所示的控制运算部3使用在二维影像传感器141、142、143的位置p1处的受光信号(表示X的受光信号、表示Y的受光信号、表示Z的受光信号)运算的亮度和色度表示位置P1的亮度和色度，使用位置p2处的受光信号运算的亮度和色度表示位置P2的亮度和色度，使用位置p3处的受光信号运算的亮度和色度表示位置P3的亮度和色度。

控制运算部3在二维影像传感器141、142、143接受光La时，使用从二维影像传感器141、142、143输出的受光信号，运算射出光瞳23上的各位置的亮度和色度。输出部7输出该运算的结果。因此，根据第三实施方式的光学特性测定装置103，能够测定HMD20的射出光瞳23上的各位置的亮度和色度。

参照图15，光学特性测定装置103的受光部1具备观察光学系统18a。观察光学系统18a为光学取景器(取景器部的一个例子)，沿着被第二光阑部13的反射镜部13b反射的光的光路，按顺序依次配置有透镜181、平面镜182、光阑183、透镜184、视场光阑185、接眼透镜186。上述光学部件是光学取景器所使用的通常部件，详细说明省略。

反射镜部13b将构成在第二光阑部13的位置成像的虚像VI的光中的、通过开口13a的光以外的光反射。因此，测定者通过接眼透镜186能够看见虚像VI中由通过开口13a的光构成的一部分以外的剩余部分。

为了使由通过射出光瞳23的位置的光构成的虚像VI在第二光阑部13上成像，则设定物镜11的位置(聚焦)。第三实施方式的光学特性测定装置103具备使用被反射镜部13b反射的光来显示虚像VI(并非虚像VI的全部，而是虚像VI的一部分以外的剩余的部分)的光学取景器(观察光学系统18a)，所以测定者能够容易确认光学特性测定装置103的焦点是否对应于虚像VI。此外，取景器部不限定于光学取景器，也可以是电子取景器。接着说明的第四实施方式是电子取景器的方式。

此外，在距离L1为有限时，测定者操作光学特性测定装置103，使物镜11沿光轴Ax的方向移动，从而进行聚焦。根据此时的物镜11的移动量，能够获知距离L1。

对第四实施方式进行说明。图17是表示第四实施方式的光学特性测定装置104具备的受光部1的结构的框图。光学特性测定装置104是具备电子取景器并能够测定亮度和色度的测色计。说明与图15所示的第三实施方式的光学特性测定装置103的不同点。

光学特性测定装置104的受光部1所具备观察光学系统18b是电子取景器，沿着被第二光阑部13的反射镜部13b反射的光的光路，按顺序依次配置有透镜181、平面镜182、光阑183、透镜184、可视度滤光器187、二维影像传感器188。上述光学部件是电子取景器所使用的通常的部件，详细说明省略。

观察光学系统18b还具备显示部189。二维影像传感器188接受被第二光阑部13的反射镜部13b反射的光，由此输出受光信号。该受光信号是表示在第二光阑部13的位置成像的虚像VI的信号。但是，与第三实施方式相同，反射镜部13b将构成在第二光阑部13的位置成像的虚像VI的光中的通过开口13a的光以外的光反射。因此，不是表示虚像VI的全部的信号，而是表示虚像VI中由通过开口13a的光构成的一部分以外的剩余部分的信号。

从二维影像传感器188输出的受光信号传输至图2所示的控制运算部3，控制运算部3将使用该受光信号生成的图像在显示部189上显示。在显示部189上显示的图像不是虚像VI的全部，而是虚像VI的一部分以外的剩余的部分。

图17所示的光La、光Lb、光Lc中，光Lb和光Lc被反射镜部13b反射，光La通过开口13a。因此，光Lb和光Lc被二维影像传感器188接受。图18是说明光Lb和光Lc的进路的说明图。该图中，位于光的进路的一部分的光学部件(例如图17所示的物镜11)的图示省略。图像显示部21与二维影像传感器188为光学共轭的关系。例如，在图像显示部21上显示的图像上的位置P6与二维影像传感器188上的位置p6对应，在图像显示部21上显示的图像上的位置P7与二维影像传感器188上的位置p7对应。

图2所示的控制运算部3(第二运算部的一个例子)使用从二维影像传感器188输出的受光信号，运算在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的上述剩余的部分中的各位置的亮度。例如，使用从位置p6输出的受光信号运算的亮度表示位置P6的亮度，使用从位置p7输出的受光信号运算的亮度表示位置P7的亮度。因此，根据第四实施方式的光学特性测定装置104，能够针对图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的上述剩余的部分来测定各位置的亮度分布。

此外，也可以针对在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)的上述剩余的部分来测定各位置的亮度和色度的分布的方式。该实施方式的情况下，图17所示的观察光学系统18b具备X滤光器、Y滤光器以及Z滤光器来代替可视度滤光器187，并且具备接受通过X滤光器的光的二维影像传感器、接受通过Y滤光器的光的二维影像传感器以及接受通过Z滤光器的光的二维影像传感器来代替二维影像传感器188。上述二维影像传感器接受光的方式可以是图15中说明的使用反射镜17a和反射镜17b的方式、以及下面说明的使用三板式棱镜17c的方式中的任一种。为了测定在图像显示部21上显示的图像的亮度和色度，可以采用在第五实施方式中说明的使用旋转式滤光器40(图20)的方式。在该情况下，二维影像传感器设置一个即可。

参照图17，通过射出光瞳23的位置的光中，通过开口13a的光向三板式棱镜17c入射。三板式棱镜17c将该光分光为3个光路。第一光路(通过第一光路的光)通过X滤光器121，被二维影像传感器141接受。第二光路(通过第二光路的光)通过Y滤光器122，被二维影像传感器142接受。第三光路(通过第三光路的光)通过Z滤光器123，被二维影像传感器143接受。

图19是说明光La的进路的说明图。该图中，位于光的进路的一部分的光学部件(例如图17所示的物镜11)的图示省略。图19中代替了反射镜17a和反射镜17b而示出了三板式棱镜17c，其余的结构与图16相同。因此，第四实施方式的光学特性测定装置104与图15所示的第三实施方式的光学特性测定装置103相同，能够测定HMD20的射出光瞳23上的各位置的亮度和色度。

参照图17，第四实施方式的光学特性测定装置104作为二维影像传感器141、142、143接受光的方式而采用了使用三板式棱镜17c的方式，但也可以是图15中说明的使用反射镜17a和反射镜17b的方式。光学特性测定装置104也可以采用第五实施方式中说明的旋转式滤光器40(图20)。在该情况下，二维影像传感器设置一个即可。

对第五实施方式进行说明。图17所示的第四实施方式使用观察光学系统18b所具备二维影像传感器188，测定在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)上的各位置的亮度和色度。与此相对，第五实施方式中，使用了为了测定射出光瞳23上的各位置的亮度和色度而使用的二维影像传感器来测定在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)上的各位置的亮度和色度。图20是表示在射出光瞳23上的各位置的亮度和色度的测定模式中第五实施方式的光学特性测定装置105所具备的受光部1的结构的框图。说明与图3所示的第一实施方式的光学特性测定装置101的不同点。

参照图20，物镜11的前侧焦点位置位于开口10a的位置。这与图12所示的第二实施方式的光学特性测定装置102相同。

光学特性测定装置105的受光部1不具备可视度滤光器12，而是具备滑动导轨19、中继透镜16、驱动部30以及旋转式滤光器40。

第二光阑部13能够沿滑动导轨19(第一切换部的一个例子)滑动。第二光阑部13沿滑动导轨19滑动，由此第二光阑部13的位置能够切换为规定的位置和相对于规定的位置偏离的位置。规定的位置如上所述，是由通过射出光瞳23的位置的光构成的虚像VI成像的位置(图20中为第二光阑部13的位置)。相对于规定的位置偏离的位置是偏离通过物镜11的光的光路的位置(图22中为第二光阑部13的位置)。

测定者可以手动使第二光阑部13滑动来切换第二光阑部13的位置，也可以通过马达等自动使第二光阑部13滑动来切换第二光阑部13的位置。

在通过开口13a的光的光路上按顺序依次配置有中继透镜16、旋转式滤光器40。中继透镜16将通过开口13a的光向旋转式滤光器40引导。中继透镜16是配置于光阑部(第二光阑部13)与影像传感器(二维影像传感器14)之间的光路的中继光学系统的一个例子。

旋转式滤光器40具备X滤光器121、Y滤光器122、未图示的Z滤光器以及保持上述滤光器的旋转板401。旋转板401能够以轴402为中心旋转，由此X滤光器121、Y滤光器122、Z滤光器(未图示)依次位于由中继透镜16中继的光所通过的位置。

驱动部30(第二切换部的一个例子)沿光轴Ax的方向驱动中继透镜16。中继透镜16位于图20所示的位置时，中继透镜16使通过开口13a而扩散的光成为平行光，并将其向旋转式滤光器40引导。作为通过开口13a的光，示出了光La。图21是说明光La的进路的说明图。图21中，位于光的进路的一部分的光学部件(例如图20所示的物镜11)的图示省略。

光La经由中继透镜16而成为平行光，被向二维影像传感器14引导。该平行光被二维影像传感器14接受。

二维影像传感器14通过X滤光器121(图20)接受上述平行光时，二维影像传感器14输出表示XYZ色度系统的X的受光信号。二维影像传感器14通过Y滤光器122(图20)接受上述平行光时，二维影像传感器14输出表示XYZ色度系统的Y的受光信号。二维影像传感器14通过Z滤光器(未图示)接受上述平行光时，二维影像传感器14输出表示XYZ色度系统的Z的受光信号。

例如射出光瞳23上的位置P1与二维影像传感器14上的位置p1对应，射出光瞳23上的位置P2与二维影像传感器14上的位置p2对应，射出光瞳23上的位置P3与二维影像传感器14上的位置p3对应。因此，图2所示的控制运算部3使用二维影像传感器的位置p1处的受光信号(表示X的受光信号、表示Y的受光信号、表示Z的受光信号)运算的亮度和色度表示位置P1的亮度和色度，使用位置p2处的受光信号运算的亮度和色度表示位置P2的亮度和色度，使用位置p3处的受光信号运算的亮度和色度表示位置P3的亮度和色度。因此，根据第五实施方式的光学特性测定装置105，能够测定HMD20的射出光瞳23上的各位置的亮度和色度。

图22是表示测定在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)上的各位置的亮度和色度的模式中第五实施方式的光学特性测定装置105所具备的受光部1的结构的框图。与图20的不同的是第二光阑部13位于偏离通过射出光瞳23的位置的光的光路的位置，中继透镜16向旋转式滤光器40侧移动。

由通过射出光瞳23的位置的光构成的虚像VI经由物镜11在规定的位置(图20所示的第二光阑部13的位置)成像，构成该成像的光扩散并向中继透镜16入射，由中继透镜16在二维影像传感器14上成像为虚像VI。图23是说明测定在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)上的各位置的亮度和色度的模式中光的进路的说明图。图23中，位于光的进路的一部分的光学部件(例如图22所示的物镜11)的图示省略。

二维影像传感器14通过X滤光器121(图22)接受光时，二维影像传感器14输出表示XYZ色度系统的X的受光信号。二维影像传感器14通过Y滤光器122(图22)接受光时，二维影像传感器14输出表示XYZ色度系统的Y的受光信号。二维影像传感器14通过Z滤光器(未图示)接受光时，二维影像传感器14输出表示XYZ色度系统的Z的受光信号。

例如，在图像显示部21上显示的图像上的位置P6与二维影像传感器14上的位置p6对应，在图像显示部21上显示的图像上的位置P7与二维影像传感器14上的位置p7对应，在图像显示部21上显示的图像上的位置P8与二维影像传感器14上的位置p8对应。因此，图2所示的控制运算部3使用二维影像传感器的位置p6处的受光信号(表示X的受光信号、表示Y的受光信号、表示Z的受光信号)运算的亮度和色度表示在图像显示部21上显示的图像的位置P6的亮度和色度，使用位置p7处的受光信号运算的亮度和色度表示在图像显示部21上显示的图像的位置P7的亮度和色度，使用位置p8处的受光信号运算的亮度和色度表示在图像显示部21上显示的图像的位置P8的亮度和色度。因此，根据光学特性测定装置105，能够测定在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)上的各位置的亮度和色度。

如以上说明那样，参照图20和图22，驱动部30(第二切换部的一个例子)将中继透镜16的位置切换为第一位置和第二位置。第一位置是图20所示的中继透镜16的位置，是在第二光阑部13的位置为上述规定的位置时，中继透镜16能够将通过开口13a而扩散的构成虚像VI的一部分的光(光La)向二维影像传感器14中继的位置。第二位置是图22所示的中继透镜16的位置，是在第二光阑部13的位置为上述偏离的位置时，能够利用中继透镜16使在上述规定的位置成像的虚像VI在二维影像传感器14上成像的位置。

控制运算部3(图2)是运算部的一个例子，在第二光阑部13位于上述规定的位置并且中继透镜16位于第一位置的状态(图20所示的状态)下，使用从二维影像传感器14输出的信号，运算射出光瞳23的光学特性(亮度、色度等)，在第二光阑部13位于上述偏离的位置并且中继透镜16位于第二位置的状态(图22所示的状态)下，使用从二维影像传感器14输出的信号，运算虚像VI的光学特性(亮度、色度等)。

根据第五实施方式的光学特性测定装置105，能够使得用于测定在图像显示部21上显示的图像(由HMD20显示的虚像VI)上的各位置的亮度和色度的二维影像传感器14、与用于测定射出光瞳23上的各位置的亮度和色度的二维影像传感器14共用化。

(实施方式小结)

本实施方式的光学特性测定装置具备：成像光学系统，其在能够从虚像显示装置的射出光瞳的位置观察到的虚像由上述虚像显示装置显示的状态下，使由通过上述射出光瞳的位置的光构成的上述虚像在规定的位置成像；光阑部，其配置于上述规定的位置，具有使构成在上述规定的位置成像的上述虚像的一部分的光通过的开口；影像传感器，其接受通过上述开口而扩散的、构成上述一部分的光；以及运算部，其使用从上述影像传感器输出的信号来运算上述射出光瞳上的各位置的光学特性。

成像光学系统使由通过射出光瞳的位置的光构成的虚像在光阑部的位置(规定的位置)成像。构成在光阑部的位置成像的虚像的一部分的光是在射出光瞳的位置具有规定的范围的平行光。该平行光是在从射出光瞳的正面观察时分布于射出光瞳的整体的光。构成上述一部分的光是在影像传感器的位置扩散的光(发散光或者平行光)。本发明者发现若使用从接受该光的影像传感器输出的受光信号，则能够在虚像显示装置显示出虚像的状态下求出虚像显示装置的射出光瞳上的各位置的光学特性。例如，在亮度的情况下，能够求出虚像显示装置的射出光瞳上的各位置的亮度(并非虚像上的各位置的亮度)。因此，根据本实施方式的光学特性测定装置，能够测定虚像显示装置的射出光瞳上的各位置的光学特性。

在上述结构中，还具备移动部，其使上述光阑部移动至使得构成在上述规定的位置成像的上述虚像的、与上述一部分不同的其它部分的光能够通过上述开口的位置。

根据该结构，也可以使光阑部移动至使得构成虚像的其它部分的光能够通过开口的位置。因此，能够针对构成虚像的一部分(例如虚像的中心部分)的光来测定射出光瞳上的各位置的光学特性，或能够针对构成虚像的其它部分(例如虚像的周边部分)的光来测定射出光瞳上的各位置的光学特性。

在上述结构中，上述光阑部包含反射镜部，该反射镜部位于上述开口的周围，使构成在上述规定的位置成像的上述虚像的上述一部分以外的剩余的部分的光反射，上述光学特性测定装置还具备取景器部，其使用被上述反射镜部反射的光来显示上述虚像的上述剩余的部分。

该结构具备上述取景器部，所以测定者能够容易确认光学特性测定装置的焦点是否对应于虚像。取景器部可以是光学取景器以及电子取景器中的任一种。

在上述结构中，上述光阑部包含反射镜部，该反射镜部位于上述开口的周围，使构成在上述规定的位置成像的上述虚像的上述一部分以外的剩余的部分的光反射，上述光学特性测定装置还具备二维影像传感器和第二运算部，所述二维影像传感器接受被上述反射镜部反射的光，所述第二运算部使用从上述二维影像传感器输出的受光信号来运算在上述虚像的上述剩余的部分中各位置的光学特性。

根据该结构，除了能够测定射出光瞳上的各位置的光学特性之外，还能够测定由虚像显示装置显示的虚像上的各位置(并非虚像全部，而是剩余的部分的各位置)的光学特性。

在上述结构中，还具备：中继光学系统，其配置于上述光阑部与上述影像传感器之间的光路；第一切换部，其将上述光阑部的位置切换为相对于通过上述成像光学系统的光的光路偏离的偏离位置和上述规定的位置；以及第二切换部，其将上述中继光学系统的位置切换为第一位置和第二位置，其中，上述第一位置是在上述光阑部的位置为上述规定的位置时，上述中继光学系统能够将通过上述开口而扩散的、构成上述虚像的上述一部分的光向上述影像传感器中继的位置，上述第二位置是在上述光阑部的位置为上述偏离位置时，能够利用上述中继光学系统使在上述规定的位置成像的上述虚像在上述影像传感器上成像的位置，上述运算部在上述光阑部位于上述规定的位置并且上述中继光学系统位于上述第一位置的状态下，使用从上述影像传感器输出的信号来运算上述射出光瞳上的各位置的光学特性，在上述光阑部位于上述偏离位置并且上述中继光学系统位于上述第二位置的状态下，使用从上述影像传感器输出的信号来运算上述虚像上的各位置的光学特性。

根据该结构，能够使得用于测定虚像显示装置的射出光瞳上的各位置的光学特性的影像传感器、与用于测定由虚像显示装置显示的虚像上的各位置的光学特性的影像传感器共用化。

本申请以2016年4月19日申请的日本专利申请特愿2016-083494为基础，其内容包含在本申请中。

为了表现本发明，上述中参照附图并通过实施方式适当且充分地说明了本发明，但应该认为对于本领域技术人员而言能够容易对上述实施方式进行改变和/或改进。因此，认为本领域技术人员实施的改变方式或者改进方式只要是不脱离权利要求书记载权利要求的权利范围的程度，则该改变方式或者该改进方式也包括在该权利要求的权利范围中。

工业上利用的可行性

根据本发明，能够提供光学特性测定装置。

Claims (5)

1.一种光学特性测定装置，其中，

该光学特性测定装置具备：

成像光学系统，其在能够从虚像显示装置的射出光瞳的位置观察到的虚像由所述虚像显示装置显示的状态下，使由通过所述射出光瞳的位置的光构成的所述虚像在规定的位置成像；

光阑部，其配置于所述规定的位置，具有使构成在所述规定的位置成像的所述虚像的一部分的光通过的开口；

影像传感器，其接受通过所述开口而扩散的、构成所述一部分的光；以及

运算部，其使用从所述影像传感器输出的信号来运算所述射出光瞳上的各位置的光学特性。

2.根据权利要求1所述的光学特性测定装置，其中，

还具备移动部，其使所述光阑部移动至使得构成在所述规定的位置成像的所述虚像的、与所述一部分不同的其它部分的光能够通过所述开口的位置。

3.根据权利要求1或2所述的光学特性测定装置，其中，

所述光阑部包含反射镜部，该反射镜部位于所述开口的周围，使构成在所述规定的位置成像的所述虚像的所述一部分以外的剩余的部分的光反射，

所述光学特性测定装置还具备取景器部，其利用被所述反射镜部反射的光来显示所述虚像的所述剩余的部分。

4.根据权利要求1或2所述的光学特性测定装置，其中，

所述光阑部包含反射镜部，该反射镜部位于所述开口的周围，使构成在所述规定的位置成像的所述虚像的所述一部分以外的剩余的部分的光反射，

所述光学特性测定装置还具备二维影像传感器和第二运算部，

所述二维影像传感器接受被所述反射镜部反射的光，

所述第二运算部利用从所述二维影像传感器输出的受光信号来运算在所述虚像的所述剩余的部分中各位置的光学特性。

5.根据权利要求1或2所述的光学特性测定装置，其中，还具备：

中继光学系统，其配置于所述光阑部与所述影像传感器之间的光路；

第一切换部，其将所述光阑部的位置切换为相对于通过所述成像光学系统的光的光路偏离的偏离位置和所述规定的位置；以及

第二切换部，其将所述中继光学系统的位置切换为第一位置和第二位置，其中，所述第一位置是在所述光阑部的位置为所述规定的位置时，所述中继光学系统能够将通过所述开口而扩散的、构成所述虚像的所述一部分的光向所述影像传感器中继的位置，所述第二位置是在所述光阑部的位置为所述偏离位置时，能够利用所述中继光学系统使在所述规定的位置成像的所述虚像在所述影像传感器上成像的位置，

所述运算部在所述光阑部位于所述规定的位置并且所述中继光学系统位于所述第一位置的状态下，利用从所述影像传感器输出的信号来运算所述射出光瞳上的各位置的光学特性，在所述光阑部位于所述偏离位置并且所述中继光学系统位于所述第二位置的状态下，利用从所述影像传感器输出的信号来运算所述虚像上的各位置的光学特性。

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